[实用新型]一种用于TBM水力耦合破岩研究的室内试验装置

说明书

一种用于TBM水力耦合破岩研究的室内试验装置，装置包括立式伺服压力机（1）、竖向液压加载系统（2）、滚刀安装架（3）、刀座（4）、盘形滚刀（5）、高压射流喷嘴（6）、输水管路（7）、压力可调式水泵（8）、水箱（9）、试验台（10）、纵向导轨（11）、纵向移动液压缸、反力钢板（15）、拼装式保压框架（16）、加压钢板、岩样、手动加载油泵（19）和外置监测系统（20）。本实用新型通过在立式伺服压力机实现TBM滚刀‑高压水刀对下部试验台中岩样的联合切割破岩试验；通过拼装式保压框架实现对内部岩样围压的施加；通过在试验台设置纵向导轨，驱动拼装式保压框架沿纵向运动，实现盘形滚刀和高压水刀对岩样的切割破岩试验。

技术领域

本实用新型涉及一种用于TBM水力耦合破岩研究的室内试验装置，属TBM水力耦合破岩试验技术领域。

背景技术

由于全断面隧道掘进机（TBM）具有施工效率高、环境影响小、作业安全等诸多优势，目前已广泛应用于深埋长大隧道的掘进作业。然而，TBM在深长隧道掘进过程中，不可避免地会经常遇到强度高、磨蚀性高的坚硬岩层，导致在该类岩层中掘进效率急剧下降、刀具消耗及能耗大幅升高。针对这一典型问题，目前已有研究者提出采用高压水刀-TBM滚刀耦合破岩的技术方法，即通过水刀切割竖向裂纹，促进TBM滚刀滚压掌子面产生侧向裂纹的扩展和贯通，从而实现在坚硬岩层中的高效破岩掘进。然而，由于该技术目前仍处于初始阶段，TBM水力耦合破岩的基本力学机理尚不明晰，需通过系统的室内试验对其进行全面研究，从而促进该技术的成熟。就目前而言，尚无能够直接用于TBM滚刀-高压射流水刀水力耦合破岩的室内试验装置及工作方法，而针对这一技术的缩尺模型试验装置研发将耗费巨大成本，且很难实现推广。为了能够在经济合理、技术可行的基础上开展对室内试验研究，需要设计一种TBM水力耦合破岩试验装置，并提出相应的工作方法。

发明内容

本实用新型的目的是，为了实现TBM水力耦合破岩试验研究，提出一种用于TBM水力耦合破岩研究的室内试验装置。

本实用新型实现的技术方案如下，一种用于TBM水力耦合破岩研究的室内试验装置，包括立式伺服压力机、竖向液压加载系统、滚刀安装架、刀座、盘形滚刀、高压射流喷嘴、输水管路、压力可调式水泵、水箱、试验台、纵向导轨、纵向移动液压缸、反力钢板、拼装式保压框架、加压钢板、岩样、手动加载油泵和外置监测系统。

所述试验台安装在立式伺服压力机的工作台上，试验台上安装有纵向导轨，所述拼装式保压框架安装在纵向导轨上；所述立式伺服压力机的上方横梁下安装有竖向液压加载系统；竖向液压加载系统下方安装有滚刀安装架，滚刀安装架下安装有多个刀座和盘形滚刀，滚刀安装架下的中央安装有向下的高压射流喷嘴；设置在立式伺服压力机旁的水箱通过压力可调式水泵和输水管路连接滚刀安装架上的高压射流喷嘴；外置监测系统设置在立式伺服压力机下方。

所述滚刀安装架上设置有矩阵分布的螺栓孔，通过螺栓实现刀座、喷嘴夹具与滚刀安装架的连接；每个刀座上安装一副盘形滚刀，用于试验过程中对岩样的切削或贯入，每个喷嘴夹具固定一个高压射流喷嘴。

所述外置监测系统包括声发射监测系统、红外热像系统和高速摄像系统。

所述试验台靠拼装式保压框架纵向方向一端垂直安装有反力钢板；纵向移动液压缸一端安装于反力钢板，纵向移动液压缸的另一端通过水平设置的纵向推杆作用在拼装式保压框架上；通过纵向移动液压缸驱动纵向推杆并推动拼装式保压框架沿着纵向导轨移动，从而实现试验设备上方盘形滚刀和高压射流喷嘴射出的高压水刀对拼装式保压框架内部放置岩样的线性切割。

所述拼装式保压框架内部横向方向一侧垂直设置加压钢板，通过手动加载油泵推动加压钢板，实现对内部岩样的围压加载。